用于能量储存的系统和方法
阅读说明：本技术 用于能量储存的系统和方法 (System and method for energy storage ) 是由 亚历克斯·迪金斯 于 2018-02-20 设计创作，主要内容包括：本文提供了用于储存能量的系统和方法。光子电池组装件可以包括光源、磷光材料和光伏电池。磷光材料可以吸收来自光源的第一波长的光能,并在时间延迟后发射在时间延迟后的第二波长的光能。光伏电池可以吸收第二波长的光能并生成电功率。在一些情况下,放射性材料可以发射高能粒子,并且磷光材料可以从高能粒子吸收动能。(Systems and methods for storing energy are provided herein. The photonic cell assembly may include a light source, a phosphorescent material, and a photovoltaic cell. The phosphorescent material may absorb light energy of a first wavelength from the light source and emit light energy of a second wavelength after a time delay after the time delay. The photovoltaic cell may absorb light energy at the second wavelength and generate electrical power. In some cases, the radioactive material may emit energetic particles, and the phosphorescent material may absorb kinetic energy from the energetic particles.)
交叉引用
本申请要求于2017年4月21日提交的美国专利申请号15/493,823的权益，该申请通过引用整体并入本文。
发明背景
在这样一个大量的活动和功能都依赖于持续供能的时代，供电的失效或中断尤其可能导致极其不期望的结果。近年来，随时可用的电力如电池、超级电容器、燃料电池和其他能量储存设备的市场迅速增长。然而，此类能量储存设备往往在许多方面受到限制。例如，在某些操作条件(例如，温度、压力)下，它们可能易于挥发或不稳定，并且变得无效或构成安全隐患。在一些情况下，能量储存设备本身可能在一个或多个能量转换或储存循环内被消耗，因此寿命有限。在一些情况下，充电速率可能过慢而无法有效地支持或满足功率消耗的速率。
发明内容
本文意识到需要可靠的用于能量储存的系统和方法。本文公开的用于能量储存的系统和方法可以提供比传统的化学电池更优效的充电速率，例如，快约100倍或更多。本文公开的系统和方法可以提供比传统的化学电池更优效的寿命，例如，再充电循环多约10倍或更多。本文公开的系统和方法可以是便携式的。本文公开的系统和方法在相对冷的操作温度条件下可以是稳定和有效的。
本文公开的系统和方法可以使用磷光材料以在限定的持续时间内储存能量。例如，磷光材料可以伴有显著的时间延迟而储存和/或转换能量。本文公开的系统和方法可以使用光源从而以光能的形式来提供初始能量源。所述光源可以是人造光源，如发光二极管(LED)。本文公开的系统和方法可以使用光伏电池以从光能生成电功率。在一些实施方式中，本文公开的系统和方法可以使用放射性材料来激发(或以其他方式刺激)磷光材料。
在一方面，提供了用于储存能量的系统。所述系统可以包括：光源，其被配置为从所述光源的表面发射第一波长的光能；与所述光源的所述表面相邻的磷光材料，其中所述磷光材料被配置用于(i)吸收所述第一波长的光能，和(ii)以慢于吸收速率的速率发射第二波长的光能，其中所述第二波长大于所述第一波长；以及与所述磷光材料相邻的光伏电池，其中所述光伏电池被配置用于(i)通过所述光伏电池的表面吸收所述第二波长的光能，和(ii)从光能生成电功率。
在一些实施方式中，所述光源为发光二极管(LED)。
在一些实施方式中，所述光伏电池电耦合至电负载。在一些实施方式中，所述光伏电池生成的至少部分电功率为所述电负载供能。
在一些实施方式中，所述光伏电池电耦合至所述光源。在一些实施方式中，所述光伏电池生成的至少部分电功率为所述光源供能。
在一些实施方式中，可充电电池电耦合至所述光源和所述光伏电池。在一些实施方式中，所述光伏电池生成的至少部分电功率为所述可充电电池充电，并且其中所述可充电电池释放的至少部分电功率为所述光源供能。
在一些实施方式中，所述第一波长为紫外波长。
在一些实施方式中，所述第二波长为可见波长。
在一些实施方式中，所述磷光材料包含铝酸锶和铕。
在一些实施方式中，所述系统还包括发射高能粒子的放射性材料，其中所述高能粒子能够行进穿过所述磷光材料，其中所述磷光材料被配置用于(i)吸收来自所述高能粒子的动能，和(ii)以慢于动能的吸收速率的速率发射所述第二波长的光能。
在一些实施方式中，所述磷光材料与所述放射性材料相邻。在一些实施方式中，所述磷光材料包含所述放射性材料。在一些实施方式中，所述放射性材料为锶-90。
在一些实施方式中，所述光伏电池包含多个在凸起之间的凹陷，并且其中所述光伏电池的表面为界定凹陷的凸起的表面。
在另一方面，提供了用于储存能量的方法。所述方法可以包括：从光源的表面发射第一波长的光能；由与所述光源的所述表面相邻的磷光材料吸收所述第一波长的所述光能；以慢于吸收速率的速率，由所述磷光材料发射第二波长的光能，其中所述第二波长大于所述第一波长；通过光伏电池的表面吸收所述第二波长的所述光能，其中所述光伏电池的表面与磷光体相邻；以及从所述第二波长的所述光能生成电功率。
在一些实施方式中，所述光源为发光二极管(LED)。
在一些实施方式中，所述方法还可以包括使用所述电功率为电耦合至所述光伏电池的电负载供能。例如，所述电负载可以是移动设备。在另一实例中，所述电负载可以是电动汽车。
在一些实施方式中，所述方法还可以包括使用至少部分所述电功率为所述光源供能，其中所述光源电耦合至所述光伏电池。
在一些实施方式中，所述方法还可以包括使用至少部分所述电功率为可充电电池充电，其中所述可充电电池电耦合至所述光伏电池。在一些实施方式中，所述方法还可以包括使用所述可充电电池释放的至少部分电功率为所述光源供能，其中所述可充电电池电耦合至所述光源。
在一些实施方式中，所述第一波长为紫外波长。
在一些实施方式中，所述第二波长为可见波长。
在一些实施方式中，所述磷光材料包含铝酸锶和铕。
在一些实施方式中，所述光伏电池包含多个在凸起之间的凹陷，并且其中所述光伏电池的所述表面为界定凹陷的凸起的表面。
在另一方面，提供了用于储存能量的方法。所述方法可以包括：从放射性材料发射高能粒子，其中所述高能粒子行进穿过磷光材料；由所述磷光材料吸收来自所述高能粒子的动能；以慢于所述动能的吸收速率的速率，由所述磷光材料发射光能；通过光伏电池的表面吸收所述光能，其中所述光伏电池的所述表面与所述磷光体相邻；以及从所述光能生成电功率。
在一些实施方式中，所述磷光材料与所述放射性材料相邻。
在一些实施方式中，所述磷光材料包含所述放射性材料。
在一些实施方式中，所述方法还可以包括使用所述电功率为电耦合至所述光伏电池的电负载供能。
在一些实施方式中，所述光能处于可见波长。
在一些实施方式中，所述光伏电池包含多个在凸起之间的凹陷，并且其中所述光伏电池的所述表面为界定凹陷的凸起的表面。
通过以下在其中仅示出和描述了本公开内容的说明性实施方式的详细描述，本公开内容的其他方面和优点对于本领域技术人员而言将变得容易理解。如将认识到的，本公开内容能够具有其他和不同的实施方式，并且其若干细节能够在各种明显的方面进行修改，所有这些都不脱离本公开内容。因此，附图和说明书应在本质上被认为是说明性的，而非限制性的。
援引并入
本说明书中所提到的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，其程度如同特别且单独地指出每个单独的出版物、专利或专利申请通过引用而并入。
附图说明
本发明的新颖特征在所附权利要求中具体阐述。通过参考以下对利用了本发明原理的说明性实施方式加以阐述的详细描述以及附图，将会获得对本发明的特征和优点的更好的理解，在附图(本文也称为“图”)中：
图1显示了示例性的光子电池组装件。
图2显示了与电负载通信的光子电池。
图3显示了应用中的示例性光子电池组装件。
图4显示了部分地自持的示例性光子电池组装件。
图5显示了与可充电电池通信的示例性光子电池组装件。
图6显示了多个光子电池组装件的堆叠。
图7显示了光子电池组装件的示例性沟槽配置的横截面侧视图。
图8显示了光子电池组装件的示例性沟槽配置的横截面俯视图。
图9显示了包含放射性材料的光子电池组装件。
图10显示了包含在磷光材料中的放射性材料的光子电池组装件。
图11图示了在光子电池组装件中储存能量的方法。
图12图示了在使用放射性材料的光子电池中储存能量的方法。
图13显示了计算机控制系统。
具体实施方式
虽然本文已经示出和描述了本发明的各种实施方式，但对于本领域技术人员而言容易理解的是，这样的实施方式仅以示例的方式提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员可以想到多种变化、改变和替换。应当理解，可以采用本文所述的本发明实施方式的各种替代方案。
本文提供了用于能量储存的系统和方法。本文公开的系统和方法可以使用磷光材料在显著的持续时间内储存能量，诸如通过使用磷光材料的延时再发射性质。例如，磷光材料可以以显著的时间延迟储存和/或转换能量。光源可以以光能的形式向磷光材料提供初始能量源。例如，磷光材料可以吸收来自光源的第一波长的光能，并在时间延迟后发射第二波长的光能。该光源可以是人造光源，如发光二极管(LED)。光伏电池可以从光能，诸如从由磷光材料发射的第二波长的光能生成电功率。
替代地或附加地，磷光材料可以吸收动能，并在时间延迟后发射从该动能转换的光能以被光伏电池吸收。例如，放射性材料可以用高能粒子(具有高的动能)激发磷光材料。在一些情况下，磷光材料自身可以包含放射性材料。
本文公开的用于能量储存的系统和方法可以提供比传统的化学电池优效的充电速率，例如，快约100倍或更多。本文公开的系统和方法可以提供比传统的化学电池优效的寿命，例如，再充电循环多约10倍或更多。本文公开的系统和方法可以是便携式的。本文公开的系统和方法在相对冷的操作温度条件下可以是稳定和有效的。
现将参考附图。应当理解，其中的图形和特征不一定按比例绘制。
图1显示了示例性的光子电池组装件。光子电池组装件100可以包括光源101、磷光材料102和光伏电池103。磷光材料可以与光源和光伏电池两者相邻。例如，磷光材料可以夹在光源与光伏电池中间。磷光材料可以在光源与光伏电池之间。虽然图1将光源、磷光材料和光伏电池显示为垂直堆叠，但该配置不限于此。例如，光源、磷光材料和光伏电池可以水平堆叠或同心堆叠。光源和光伏电池可以彼此相邻或可以彼此不相邻。在一些情况下，磷光材料可以与光源的光发射表面相邻。在一些情况下，磷光材料可以与光伏电池的光吸收表面相邻。
当相邻时，磷光材料102可以接触光源101或可以不接触光源101。如果磷光材料与光源接触，磷光材料可以与光源的光发射表面相接。磷光材料与光源可以诸如通过紧固机构在相接处耦合或紧固在一起。在一些情况下，携载光源的支撑件和/或携载磷光材料的支撑件可以在相接处耦合或紧固在一起。紧固机构的实例可以包括但不限于形状配合对、钩环、闩锁、u形钉、夹子、夹钳、叉子、环、角钉、橡胶圈、铆钉、保护垫圈、销、系带、铆头模、velcro、粘合剂、胶带、其组合或任何其他类型的紧固机构。在一些情况下，磷光材料可以具有粘性和/或内聚性质，并且在没有独立的紧固机构的情况下粘附至光源。例如，磷光材料可以被涂布或包覆在光源的光发射表面上。在一些情况下，磷光材料可以被包覆在光源的初级、次级和/或三级光学器件上。在一些情况下，磷光材料可以被包覆在光源的其他光学元件上。磷光材料与光源可以永久地或可拆卸地紧固在一起。例如，磷光材料与光源可以从光子电池组装件100拆卸并重新组装到光子电池组装件100中，而不对磷光材料和/或光源造成损害(或仅造成轻微损害)。或者，当接触时，磷光材料与光源可以不紧固在一起。
如果磷光材料102与光源101不接触，则磷光材料可以另外与光源的光发射表面进行光通信。例如，磷光材料可以定位在由光源的光发射表面发射的光的光路中。在一些情况下，磷光材料与光源之间可以有空气间隙。在一些情况下，磷光材料与光源之间可以有另外的中间层。该中间层可以是空气或其他流体。该中间层可以是光导或另一光学元件层(例如，透镜、反射器、扩散器、分束器等)。在一些情况下，磷光材料与光源之间可以有多个中间层。
当相邻时，磷光材料102可以接触或可以不接触光伏电池103。如果磷光材料与光伏电池接触，磷光材料可以与光伏电池的光吸收表面相接。磷光材料与光伏电池可以诸如通过紧固机构在相接处耦合或紧固在一起。在一些情况下，携载光伏电池的支撑件和/或携载磷光材料的支撑件可以在相接处耦合或固定在一起。在一些情况下，磷光材料可以具有粘性性质，并且在没有独立的紧固机构的情况下粘附至光伏电池。例如，磷光材料可以被涂布或包覆在光伏电池的光吸收表面上。在一些情况下，磷光材料可以被包覆在光伏电池的初级、次级和/或三级光学器件上。在一些情况下，磷光材料可以被包覆在光伏电池的其他光学元件上。磷光材料与光伏电池可以永久地或可拆卸地紧固在一起。例如，磷光材料与光伏电池可以从光子电池组装件100拆卸并重新组装到光子电池组装件100中，而不对磷光材料和/或光伏电池造成损害(或仅造成轻微损害)。或者，当接触时，磷光材料与光伏电池可以不紧固在一起。
如果磷光材料102与光伏电池103不接触，则磷光材料可以以其他方式与光伏电池的光吸收表面进行光通信。例如，光伏电池的光吸收表面可以定位在由磷光材料发射的光的光路中。在一些情况下，磷光材料与光伏电池之间可以有空气间隙。在一些情况下，磷光材料与光伏电池之间可以有另外的中间层。该中间层可以是空气或其他流体。该中间层可以是光导、光集中器或另一光学元件层(例如，透镜、反射器、扩散器、分束器等)。在一些情况下，磷光材料与光伏电池之间可以有多个中间层。
在一些情况下，光子电池组装件100可以进行组装或拆卸，例如组装或拆卸为独立的光源101、磷光材料102和光伏电池103，或者组装或拆卸成其子组合。在一些情况下，光子电池组装件可以进行组装或拆卸而不对不同的部件造成损害，或对不同的部件仅造成轻微损害。
在一些情况下，光子电池组装件100可以被封装在壳、外壳或其他壳体中。光子电池组装件100和/或其壳可以是便携式的。例如，光子电池组装件可以具有至多约1米(m)、90厘米(cm)、80cm、70cm、60cm、50cm、45cm、40cm、35cm、30cm、25cm、20cm、15cm、10cm、9cm、8cm、7cm、6cm、5cm或更小的最大尺寸。光子电池组装件的最大尺寸可以是大于光子电池组装件的其他尺寸的光子电池组装件的尺寸(例如，长度、宽度、高度、深度、直径等)。或者，光子电池组装件可以具有更大的最大尺寸。例如，具有更高能量储存容量的光子电池组装件可能具有更大的尺寸，并且可能无法携带。
光源101可以是人造光源，如发光二极管(LED)或其他光发射器件。例如，光源可以是激光或灯。光源可以是多个光发射器件(例如，多个LED)。在一些情况下，光源可以布置为一个LED。在一些情况下，光源可以布置为多个LED的行或列。光源可以布置为LED的多个列、行或其他轴线的阵列或网格。光源可以是不同光发射器件的组合。光源的光发射表面可以是平面的或非平面的。光源的光发射表面可以是基本上平的、基本上弯曲的或者形成另一形状。光源可以由刚性支撑件和/或柔性支撑件支撑。例如，支撑件可以将由光源发射的光引导成定向的或非定向的。在一些情况下，光源可以包括初级和/或次级光学元件。在一些情况下，光源可以包括三级光学元件。在一些情况下，光源可以包括其他级别或层上的其他光学元件(例如，透镜、反射器、扩散器、分束器等)。光源可以被配置为将电能转换成光能。例如，光源可以由电功率源供能，该电功率源可以在光子电池组装件100的内部或者外部。光源可以被配置为诸如以电磁波的形式发射光能(例如，作为光子)。在一些情况下，光源可以被配置为发射能够被磷光材料102吸收的波长或波长范围的光能。例如，光源可以发射波长在紫外范围内(例如，10纳米(nm)至400nm)的光。在一些情况下，光源可以发射电磁波谱中的其他波长或波长范围(例如，红外、可见、紫外、x射线等)的光。
在一些情况下，光源101可以是自然光源(例如，太阳光)，在该情况下，光子电池组装件100中的磷光材料102可以暴露于自然光源以吸收这样的自然光。
磷光材料102可以吸收第一波长(或第一波长范围)的光能，并在显著的时间延迟后发射第二波长(或第二波长范围)的光能。第二波长可以是与第一波长不同的波长。磷光材料吸收的第一波长的光能可以比磷光材料发射的第二波长的光能处于更高的能级。第二波长可以大于第一波长。在实例中，磷光材料可以吸收紫外范围波长(例如，10nm至400nm)的能量，并发射可见范围波长(例如，400nm至700nm)的能量。例如，磷光材料可以吸收蓝色光子，并且在时间延迟后发射绿色光子。磷光材料可以吸收其他波长(或波长范围)的光能(例如，光子)，并发射其他波长(或波长范围)如电磁波谱(例如，红外、可见、紫外、x射线等)的光能，其中发射的能量处于低于吸收的能量的能级。由磷光材料发射的光能的速率可以比由磷光材料吸收的光能的速率更慢。这样的速率差异的优点在于磷光材料以比吸收能量更慢的速率释放这样的能量的能力，从而在这样的时间延迟期间储存能量。
磷光材料可以是晶体、固体、液体、陶瓷、粉末形式、液体形式或处于任何其他形状、状态或形式。磷光材料可以是持久的磷光体。在实例中，磷光材料可以包含掺杂铕的铝酸锶(例如，SrAl2O4:Eu)。磷光材料的一些其他实例可以包括但不限于镓锗酸锌(例如，Zn3Ga2Ge2O10:0.5％Cr3+)、掺杂有铜和/或钴的硫化锌(例如，ZnS:Cu、ZnS:Co)、掺杂有其他掺杂剂如铕、镝和/或硼的铝酸锶(例如，SrAl2O4:Eu2+、SrAl2O4:Dy3+、SrAl2O4:B3+)、掺杂有铕、镝和/或钕的铝酸钙(例如，CaAl2O4:Eu2+、CaAl2O4:Dy3+、CaAl2O4:Nd3+)、掺杂有铕、镁和/或钛的硫氧化钇(例如，Y2O2S:Eu3+、Y2O2S:Mg2+、Y2O2S:Ti4+)以及镓锗酸锌(例如，Zn3Ga2Ge2O10:0.5％Cr3+)。在一些情况下，磷光材料发射的余辉(例如，发射的光能)可以持续至少约1小时(hr)、2hr、3hr、4hr、5hr、6hr、7hr、8hr、9hr、10hr、11hr、12hr、1天、2天、3天、4天、1周、2周、3周或更久。在一些情况下，磷光材料可以储存和/或释放能量达至少约1hr、2hr、3hr、4hr、5hr、6hr、7hr、8hr、9hr、10hr、11hr、12hr、1天、2天、3天、4天、1周、2周、3周或更久。或者，由磷光材料发射的余辉(或由磷光材料储存的能量)可以持续更短的持续时间。
组装件100可以包括一个或多个光伏电池(例如，光伏电池103)，这些电池串联地和/或并联地电连接。光伏电池103可以是面板、电池、模块和/或其他单元。例如，面板可以包括一个或多个电池，这些电池全部定向在面板的平面中并且以各种配置电连接。例如，模块可以包括一个或多个电池，这些电池以各种配置电连接。光伏电池103或太阳能电池可以被配置为吸收光能并由吸收的光能生成电功率。在一些情况下，光伏电池可以被配置为吸收能够被磷光材料102发射的波长或波长范围的光能。光伏电池可以具有单一的带隙，该带隙定制成由磷光材料发射的光能的波长(或波长范围)。有益地，这可以提高光子电池组装件100的能量储存系统的效率。例如，对于作为磷光材料的掺杂铕的铝酸锶，光伏电池可以具有定制成绿光波长(例如，500～520nm)的带隙。类似地，可以定制光源101以发射紫外范围的波长(例如，20nm至400nm)。或者，光伏电池可以被配置为吸收电磁波谱中其他波长(或波长范围)(例如，红外、可见、紫外、x射线等)的光能。
在一些实施方式中，有机发光二极管(OLED)可以代替光子电池组装件100中的磷光材料102。在一些实施方式中，OLED可以代替光源101和磷光材料两者。OLED可以能够进行电致磷光，其中二极管点阵中的准粒子储存来自电源的势能并随时间以可见光波长(例如，400nm至700nm)的光能的形式释放这样的能量。例如，OLED可以由电功率源供能，该电源可以在光子电池组装件100的外部或内部。OLED的光发射表面可以与光伏电池103的光吸收表面相接，以完成光子电池组装件。例如，借助OLED，光伏电池可以具有定制成可见波长范围(例如，400～700nm)的带隙。
图2显示了与电负载通信的光子电池。光子电池201可以为电负载202供能。光子电池与电负载可以诸如通过电路电通信。虽然图2显示了电路，但电路配置不限于图2所示的电路配置。电负载可以是电功率消耗设备。电负载可以是电子设备，如个人计算机(例如，便携式PC)、平板或平板型PC(例如，
在一些情况下，光子电池201可以为多个串联或并联的电负载供能。在一些情况下，光子电池可以同时为多个电负载供能。例如，光子电池可以同时为2、3、4、5、6、7、8、9、10个或更多个电负载供能。在一些情况下，多个串联或并联地电连接的光子电池可以为电负载供能。在一些情况下，一个或多个光子电池和一个或多个其他类型的能量储存系统(例如，锂离子电池、燃料电池等)的组合可以为一个或多个电负载供能。
图3显示了应用中的示例性光子电池组装件。图3所示的任何和所有电路均不限于这样的电路系统配置。光子电池组装件300可以由电源304充电并向电负载306释放功率。光子电池组装件可以包括光源301，如LED或一组LED。光源可以通过光源的端口305与电源304电通信。例如，电源和端口305可以通过电路电连接。电源304可以在光子电池组装件300的外部或内部。电源可以是供电设备，如另一能量储存系统(例如，另一光子电池、锂离子电池、超级电容器、燃料电池等)。电源可以是电网。
光源301可以接收电能并诸如通过光源的光发射表面发射第一波长的光能。光发射表面可以与磷光材料302相邻。光源可以与磷光材料光通信。磷光材料可以被配置为吸收第一波长的光能，并在时间延迟后发射第二波长的光能。在一些情况下，第二波长的光能的发射速率可以比第一波长的光能的吸收速率更慢。这样的速率差异的优点在于磷光材料以比吸收能量更慢的速率释放这样的能量的能力，从而在这样的时间延迟期间储存能量。在一些情况下，磷光材料可以储存和/或释放能量达至少约1hr、2hr、3hr、4hr、5hr、6hr、7hr、8hr、9hr、10hr、11hr、12hr、1天、2天、3天、4天、1周、2周、3周或更久。
光子电池组装件可以包括光伏电池303。光伏电池可以被配置为诸如通过光伏电池的光吸收表面吸收第二波长的光能。光伏电池可以与磷光材料302光通信。光伏电池的光吸收表面可以与磷光材料相邻。光伏电池可以由吸收的光能生成电功率。光伏电池生成的电功率可以用于为电负载306供能。光伏电池可以通过光伏电池的端口307与电负载电通信。例如，电负载和端口307可以通过电路电连接。
光子电池组装件300储存的能量可以被充电和/或再充电多次。光子电池组装件生成的功率可以被消耗多次。光子电池组装件可以通过诸如经由端口305向光源301供应电能(或功率)来充电和/或再充电。光子电池组装件300可以通过诸如经由端口307将光伏电池生成的电功率引导至电负载306来释放功率。例如，光子电池组装件300可以持续(例如运行)至少1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、100、500、1000、104、105、106个或更多个再充电(或消耗)循环。
光子电池组装件300可以提供比传统化学电池优效的充电速率，例如，快约2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100倍或更多。例如，光子电池组装件可以以至少约800瓦/立方厘米(W/cc)、850W/cc、900W/cc、1000W/cc、1050W/cc、1100W/cc、1150W/cc、1200W/cc、1250W/cc、1300W/cc、1350W/cc、1400W/cc、1450W/cc、1500W/cc或更快的速度充电。或者，光子电池组装件可以以小于约800W/cc的速度充电。光子电池组装件可以提供比传统化学电池优效的寿命，例如，再充电循环多约2、3、4、5、6、7、8、9、10倍或更多。
光子电池组装件300在相对冷的操作温度条件下可以是稳定和有效运行的。例如，光子电池组装件可以在低至约-55摄氏度(℃)和高至约65℃的操作温度下稳定运行。光子电池组装件可以在低于约-55℃和高于约65℃的操作温度下稳定运行。在一些情况下，光子电池组装件可以在光源(例如，LED)稳定运行的任何操作温度下稳定运行。光子电池组装件可能不生成过多的操作热。
图4显示了部分地自持的示例性光子电池组装件。图4所示的任何和所有电路均不限于这样的电路系统配置。光子电池组装件400可以由电源404(例如，电网、不同的能量储存系统如电池等)充电并向电负载408释放功率。然而，可以从光子电池组装件汲取功率的电负载408或其他电负载可以不必总是与光子电池组装件连接。在一些情况下，光子电池组装件可以释放比与光子电池组装件连接的电负载所消耗的功率更多的功率。在这样的情况下，光伏电池403生成的至少一些能量可能从能量储存系统(例如，光子电池组装件400)浪费或损失。在一些情况下，当无电负载与光子电池组装件连接时，光子电池组装件生成的功率可以被引导回光子电池组装件。替代地或附加地，当电负载消耗比光子组装件所生成的能量更少量的功率时，一些功率可以被引导至光子电池组装件。例如，光伏电池生成的至少一些功率可以被引导至向光源401供能。
在一些情况下，图4中的光子电池组装件400及其相应的组件可以与图3中的光子电池组装件300及其相应的组件相类似。
光子电池组装件400可以包括主要由电源404诸如通过光源的第一端口405供能的光源401；与光源的光发射表面相邻的磷光材料402；以及光伏电池403，其中光伏电池的光吸收表面与磷光材料相邻。当电负载与光伏电池电通信时，光伏电池可以向电负载408释放功率。当电负载不与光伏电池电通信时，光伏电池可以向光源释放功率。
例如，光子电池组装件400的电路系统可以包括开关409，该开关闭合第一电气路径410或第二电气路径411中的任一者。在一些情况下，开关可以不闭合任一电气路径(例如，如图4所示)，且当任一电气路径都不闭合时，光子电池组装件生成的功率可能从能量储存系统浪费或损失。当无电负载(例如，电负载408)与光子电池组装件400连接时，第一电气路径410可以被闭合。在一些情况下，闭合第一电气路径410可以是开关409的默认状态。当无电负载连接时，第一电气路径可以被闭合，从而将光伏电池403生成的功率(诸如通过光伏电池的端口406)引导至光源401(诸如通过光源的端口407)。在一些情况下，光源的第一端口405和第二端口407可以是同一端口。
当至少一个电负载(例如，电负载408)与光子电池组装件400连接时，第二电气路径411可以被闭合。在一些情况下，将电负载与光子电池组装件连接可以触发开关409从默认路径(或从闭合不同的电气路径)切换到闭合第二电气路径411。当电负载408连接时，第二电气路径可以被闭合，从而将光伏电池403生成的功率诸如通过端口406引导至电负载408。
在一些情况下，第一电气路径410与第二电气路径411可以是互斥的。在一些情况下，电路可以串联地或并联地连接光伏电池403的端口406、光源401的第二端口407和电负载408，并且同时地或分别地将至少一些功率引导至光源并将至少一些功率引导至电负载，诸如当光伏电池释放的功率多于电负载消耗的功率时。
在一些情况下，可以手动控制电路系统(例如，手动连接电负载与光子电池组装件，诸如推入缆线、将开关组件轻推到电路位置中)。替代地或附加地，电路系统可以由控制器(图4中未显示)控制。控制器可以能够感测一个或多个电负载与光子电池组装件的连接。控制器可以能够闭合不同的电路路径(例如，第一电气路径410、第二电气路径411等)，诸如通过控制一个或多个开关组件(例如，开关409)或其他电组件。
控制器可以包括一个或多个处理器以及通信耦合至该一个或多个处理器的非暂时性计算机可读介质。通过一个或多个处理器以及存储在存储器中的计算机可读指令，控制器可以能够调节光子电池组装件400的不同充电和/或放电机构。控制器可以打开光源401与电源供应器404之间的电连接以开始为光子电池组装件充电。控制器可以关闭光源与电源供应器之间的电连接以停止为光子电池组装件充电。控制器可以打开或关闭光伏电池403与电负载408之间的电连接。在一些情况下，控制器可以能够检测光子电池组装件的充电水平(或百分比)。控制器可以能够测定组装件何时完全充电(或几乎完全充电)或放电(或几乎完全放电)。例如，光子电池组装件还可以包括温度传感器、热传感器、光学传感器或者与控制器可操作地耦合的其他类型的传感器，其中该传感器提供指示充电水平(或百分比)的数据。在一些情况下，控制器可以能够维持一定范围的光子电池组装件的充电水平(例如，5％～95％、10％～90％等)，诸如为了维持和/或增加完全充电或完全放电可能有害地缩短的光子电池组装件的寿命。控制器可以能够测定电负载和/或光源的功率消耗速率。基于这样的功率消耗速率的测定，控制器可以被配置用于操纵光子电池组装件中的一个或多个电路系统以将功率引导至电负载、光源、两者和/或不引导至任一者。图5显示了与可充电电池通信的示例性光子电池组装件。图5中所示的任何和所有电路均不限于这样的电路系统配置。光子电池组装件500可以由电源504充电并向电负载509释放功率。然而，可以从光子电池组装件汲取功率的电负载509或其他电负载可以不必总是与光子电池组装件连接。在这样的情况下，光伏电池503生成的功率可能从能量储存系统(例如，光子电池组装件500)浪费或损失。在一些情况下，当无电负载与光子电池组装件连接时，光子电池组装件生成的功率可以被引导至为可充电电池508充电。例如，光伏电池生成的至少一些功率可以被引导至为可充电电池508充电。可充电电池508可以电耦合至光子电池组装件500，使得可充电电池可以在一些情况下向光源501供应功率，并且在一些情况下由光子电池组装件500的光伏电池503充电。可充电电池可以是锂离子电池。
在一些情况下，图5中的光子电池组装件500及其相应的组件可以与图3中的光子电池组装件300及其相应的组件并行。在一些情况下，图5中的光子电池组装件500及其相应的组件可以与图4中的光子电池组装件400及其相应的组件并行。
光子电池组装件500可以包括主要由电源504诸如通过光源的第一端口505供能的光源501；与光源的光发射表面相邻的磷光材料502；以及光伏电池503，其中光伏电池的光吸收表面与磷光材料相邻。当电负载与光伏电池电通信时，光伏电池可以向电负载509释放功率。当电负载不与光伏电池电通信时，光伏电池可以向可充电电池508释放功率。
例如，光子电池组装件500的电路系统可以包括开关510，该开关闭合第一电气路径512或第二电气路径513中的任一者。在一些情况下，开关可以不闭合任一电气路径(例如，如图5所示)，且当任一电气路径都不闭合时，光子电池组装件生成的功率可能从能量储存系统浪费或损失。当无电负载(例如，电负载509)与光子电池组装件500连接时，第一电气路径512可以被闭合。在一些情况下，闭合第一电气路径512可以是开关510的默认状态。当无电负载连接时，第一电气路径可以被闭合，从而将光伏电池503生成的功率诸如通过光伏电池的端口506引导至可充电电池508。可充电电池可以储存从光伏电池接收的能量。可充电电池可以将其自身的电功率释放给诸如另一电负载和/或释放回光子电池组装件500，诸如通过光源501的第二端口507。在一些情况下，光源的第二端口507和第一端口505可以是同一端口。
当至少一个电负载(例如，电负载509)与光子电池组装件500连接时，第二电气路径513可以被闭合。在一些情况下，将电负载与光子电池组装件连接可以触发开关510从默认路径(或从闭合不同的电气路径)切换到闭合第二电气路径513。当电负载509连接时，第二电气路径可以被闭合，从而将光伏电池503生成的功率诸如通过端口506引导至电负载509。
在一些情况下，第一电气路径512与第二电气路径513可以是互斥的。在一些情况下，电路可以串联地或并联地连接光伏电池503的端口506、可充电电池508和电负载509，并且同时地或分别地将至少一些功率引导至可充电电池并将至少一些功率引导至电负载。
替代地或附加地，光子电池组装件500的电路系统可以包括开关511，该开关闭合第三电气路径514或第四电气路径515中的任一者。在一些情况下，开关可以不闭合任一电气路径(例如，如图5所示)，且当任一电气路径都不闭合时，光子电池组装件生成的功率可能从能量储存系统浪费或损失。在一些情况下，闭合第三电气路径514可以是开关511的默认状态。当第三电气路径被闭合时，可充电电池508生成的功率可以诸如通过光源501的第二端口507被引导至光子电池组装件500。在一些情况下，光源的第二端口507和第一端口505可以是同一端口。当第四电气路径515被闭合时，光伏电池503生成的功率(诸如通过端口506)可以被引导回光子电池组装件500(诸如通过光源501的第二端口507)。
在一些情况下，第一电气路径512、第二电气路径513、第三电气路径514、和第二电气路径515可以是互斥的。在一些情况下，电路可以串联地或并联地连接光伏电池503的端口506、可充电电池508、电负载509、光源501的端口507或其任意组合，并且同时地或分别地将至少一些功率引导至或引导出不同的组件。
在一些情况下，可以手动控制电路系统(例如，手动连接电负载与光子电池组装件，诸如推入缆线、将开关组件轻推到电路位置中)。替代地或附加地，电路系统可以由控制器(图5中未显示)控制。控制器可以能够感测一个或多个电负载与光子电池组装件的连接。控制器可以能够感测一个或多个可充电电池与光子电池组装件和/或一个或多个电负载的连接。控制器可以能够闭合的不同的电路路径(例如，第一电气路径512、第二电气路径513、第三电气路径514、第四电气路径515等)，诸如通过控制一个或多个开关组件(例如，开关510、开关511等)或其他电组件。
图6显示了多个光子电池组装件的堆叠。光子电池组装件可以连接以实现不同的期望电压、能量储存容量、功率密度和/或其他电池性质。例如，能量存储系统600包括第一光子电池组装件601、第二光子电池组装件602、第三光子电池组装件601和第四光子电池组装件601的堆叠。第一光子电池组装件可以包括其自身的光源601A、磷光材料601B和光伏电池601C。同样，第二光子电池组装件可以包括其自身的光源602A、磷光材料602B和光伏电池602C。同样，第三光子电池组装件可以包括其自身的光源603A、磷光材料603B和光伏电池603C。同样，第四光子电池组装件可以包括其自身的光源604A、磷光材料604B和光伏电池604C。虽然图6显示了堆叠在一起的四个光子电池组装件，但任何数目的光子电池组装件均可以堆叠在一起。例如，至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、100、200个或更多个光子电池组装件可以堆叠在一起。
每个光子电池组装件可以如图1-图5所述进行配置。或者，光子电池组装件的不同组件(例如，光源、磷光材料、光伏电池)可以以不同的配置(例如，顺序)堆叠，使得任何磷光材料层都与光源层和光伏电池层两者相邻。例如，第一光伏电池层可以与第一磷光材料层相邻，该第一磷光材料层还与光源层相邻，该光源层还与第二磷光材料层相邻，该第二磷光材料层还与第二光伏电池层相邻。在上面的实例中，磷光材料层可以作为光伏电池与光源的交替层之间的中间层。例如，光源可以具有至少两个光发射表面，该光发射表面各自与不同的磷光材料(例如，不同体积的磷光材料)光通信。例如，光伏电池可以具有至少两个光吸收表面，该光吸收表面各自与不同的磷光材料(例如，不同体积的磷光材料)光通信。
多个光子电池组装件可以串联地、并联地或其组合进行电连接。虽然图6显示了垂直堆叠，但该组装件可以以不同的配置堆叠，诸如处于水平堆叠或处于同心(或圆形)堆叠。在一些情况下，每个光子电池组装件之间可能存在互连和/或其他电组件。在一些情况下，控制器可以电耦合至一个或多个光子电池组装件(例如，601、602、603、604等)，并且能够管理来自所述电池组装件中的每个或组合的功率的流入和/或流出。
如本文其他各处所述，光子电池组装件中的光伏电池通过吸收来自磷光材料的光能而生成电功率。然而，如果磷光材料的深度太厚，磷光材料发射的光能可能不被光伏电池有效地吸收，部分是由于其他磷光材料阻碍朝向光伏电池的一个或多个光吸收表面的光路。例如，磷光材料的最外侧材料(最接近光伏电池的光吸收表面与磷光材料之间的相接处)发射的光子可能以比内侧材料(最远离磷光材料与光伏电池之间的相接处)发射的光子更小的阻碍被吸收。因此，在一些情况下，使磷光材料相对较薄的层与光伏电池的光吸收表面的相对较大的表面积相接可能是有益的。本文提供了光子电池组装件的沟槽状配置，其可以增加磷光材料与光伏电池之间的相接表面积，从而允许光伏电池对光能更有效的吸收。
图7显示了光子电池组装件的示例性沟槽配置的横截面侧视图，图8显示了光子电池组装件的示例性沟槽配置的横截面俯视图。图7和图8可以是或可以不是光子电池的相同沟槽配置的不同视图。
参考图7，光子电池组装件700包括光源701(例如，LED)、磷光材料702和光伏电池703。如本文其他各处所述，光源的光发射表面可以与磷光材料相邻，并且光伏电池的光吸收表面可以与磷光材料相邻。
在一些情况下，光伏电池703可以包含一个或多个由相应凸起界定的凹陷。凹陷和/或相应凸起可以由光伏电池的光吸收表面界定。例如，光伏电池可以包含一个或多个谷和/或峰。替代地或附加地，光伏电池可以包含凹槽、切口、沟槽、凹坑和/或凹陷的其他特性。凹陷可以通过蚀刻、切割、雕刻、采掘、挖掘、成型、加压和/或其他机械方法形成。替代地或附加地，凹陷可以通过构造、建造和/或组装光伏电池以包含凹陷来形成。
在一些情况下，凹陷704的深度705可以比凹陷704的最大宽度705(或直径)长100倍。在一些情况下，凹陷的深度可以比凹陷的最大宽度长至少2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、300、400、500、600、700、800、900、1000倍或更多倍。在一些情况下，凹陷的最大宽度可以为至少约50纳米(nm)、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1毫米(mm)、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2.0mm或更大。或者，凹陷的最大宽度可以小于约50nm。在一些情况下，凹陷的深度可以为至少约1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、1厘米(cm)或更大。或者，凹陷的深度可以小于约1mm。在一些情况下，凹陷的最大宽度可以与凸起的最大宽度基本上相同。或者，凹陷的最大宽度可以比凸起的最大宽度大至少1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、200％、300％、400％、500％、1000％、2000％、3000％、4000％、5000％或更多。或者，凹陷的最大宽度可以小于凸起的最大宽度。在一些情况下，光伏电池703可以包含每厘米光伏电池的长度至少约1、2、3、4、5、6、7、8、8、10、11、12、13、14、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100、150、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10,000、20,0000个或更多个凹陷。或者，光伏电池可以包含每厘米光伏电池的长度少于1个凹陷。
虽然图7显示了光伏电池结构中凹陷的某些数目，但光伏电池中凹陷的数目不限于此。至少在与光伏电池的平面光吸收表面(诸如图1中)的表面积相比时，磷光材料702可以与界定有凹陷和/或相应凸起的光伏电池703的光吸收表面的显著更大的表面积相接。
在一些实施方式中，光伏电池703可以接触光源701(图7中未显示)。例如，光源701的一个或多个光发射表面可以通过接触界定凹陷的一个或多个凸起的顶部(或峰)遮盖或覆盖光伏电池703的凹陷(或凹坑)。光源可以处于其中磷光材料702与光源进行光通信的任何配置。在一些情况下，如果磷光材料能够吸收自然光，则组装件中可能不需要光源，且光子电池组装件700可以处于磷光材料与自然光源(例如，太阳光)进行光通信的任何配置。
如本文其他各处所述，光子电池组装件700中的磷光材料702通过吸收来自光源701的第一波长的光能并在时间延迟后诸如向光伏电池703发射第二波长的光能，从而在限定的持续时间内储存能量。然而，如果磷光材料的深度太厚，光源发射的光能可能不被磷光材料有效地吸收，部分是由于其他磷光材料阻碍来自光源的一个或多个光发射表面的光路。例如，光源发射的光子可能被磷光材料的最外侧材料(最接近光源的光发射表面与磷光材料之间的相接处)以比内侧材料(最远离磷光材料与光源之间的相接处)更小的阻碍吸收。因此，在一些情况下，使磷光材料相对较薄的层与光源的光发射表面的相对较大的表面积相接可能是有益的。
在一些实施方式中(图7中未显示)，光源701可以包含一个或多个由相应凸起界定的凹陷。该凹陷和/或相应凸起可以由光源的光发射表面界定。例如，光源可以包含一个或多个谷和/或峰。在一些情况下，凹陷的深度可以比凹陷的最大宽度(或直径)长100倍。至少在与光源的平面光发射表面(诸如图1和图7)的表面积相比时，磷光材料702可以与界定有凹陷和/或相应凸起的光源701的光发射表面的显著更大的表面积相接，从而允许磷光材料对光能更有效的吸收。
在一些实施方式中(图7中未显示)，光源701和光伏电池703两者都可以包含一个或多个由相应凸起界定的凹陷。在一些情况下，光源界定的凹陷和/或相应凸起可以与光伏电池界定的凹陷和/或相应凸起互补。例如，光源的凸起可以配合在光伏电池的凹陷内，留有至少一些空间，其中磷光材料位于光源与光伏电池之间的该至少一些空间内。替代地或附加地，光伏电池的凸起可以配合在光源的凹陷内，留有至少一些空间，其中磷光材料位于光源与光伏电池之间的该至少一些空间内。有益地，这样的配置可以增加磷光材料与光源之间以及磷光材料与光伏电池之间两者的相接表面积，从而允许磷光材料对光能更有效的吸收和发射以及光伏电池对光能更有效的吸收。
参考图8，显示了光子电池组装件的沟槽配置的横截面俯视图。光子电池组装件800包括光源(图8中未显示)、磷光材料802和光伏电池803。如本文其他各处所述，光源的光发射表面可以与磷光材料相邻，并且光伏电池的光吸收表面可以与磷光材料相邻。光伏电池可以包含一个或多个进入图8平面的凹陷以及一个或多个从图8平面突出的相应凸起。在一些情况下，凹陷可以至少在一个维度(非深度)上延长，并以水平或垂直阵列对齐，诸如图8所示。凹陷可以不延长。在一些情况下，凹陷可以对齐在至少有两个轴线(例如，水平和垂直轴线，x和y轴)的网格中，它们可以彼此成直角或可以不成直角。
替代地或附加地，磷光材料可以与具有任何其他形状、形式或结构如平面结构(例如，在如图1所示的光伏电池103中)的光伏电池的光吸收表面相接。在相同的基准体积内，与平面结构相比，该其他形状、形式或结构可以增加磷光材料与光伏电池之间的相接表面积。替代地或附加地，磷光材料可与具有任何其他形状、形式或结构如平面结构(例如，在如图1所示的光源101中)的光源的光发射表面相接。在相同的参考体积内，与平面结构相比，该其他形状、形式或结构可以增加磷光材料与光源之间的相接表面积。
在一些实施方式中，在光能之外替代地或附加地，磷光材料可以吸收动能，并在时间延迟后发射由动能转换的光能以被光伏电池吸收。例如，放射性材料可以用高能粒子(具有高动能)激发磷光材料。
图9显示了包含放射性材料的光子电池组装件。光子电池组装件900可以包括放射性材料901、磷光材料902和光伏电池903。在一些情况下，放射性材料901可以代替光子电池组装件的先前实施方式中的光源(例如，图1-图8中的光源)。在一些情况下，放射性材料901可以是先前实施方式中光源的附加(图9中未显示光源)。
如本文其他各处所述，磷光材料902可以与光伏电池903的光吸收表面相邻。在一些情况下，如本文其他各处所述(并如图9所示)，磷光材料可以与界定一个或多个凹陷和/或相应凸起的光伏电池903的光吸收表面相接。在其他情况下，磷光材料可以与具有任何其他形状、形式或结构如平面结构(例如，在如图1所示的光伏电池103中)的光吸收表面相接。磷光材料还可以与放射性材料901相邻。例如，磷光材料可以与放射性材料的高能粒子发射表面相邻。在一些情况下，放射性材料可以被与壳、外壳、膜或其他隔室904中的光子电池组装件的其余部分(例如，磷光材料、光伏电池等)遮蔽。隔室904可以允许高能粒子(或其他形式的动能)渗透或穿过隔室以接触磷光材料。在一些情况下，诸如铅等相对较重的元素可以用来将放射性发射(例如，高能粒子)反射向磷光材料。
虽然图9显示了定位在磷光材料902和光伏电池903两者上方的放射性材料901，但光子电池组装件900的配置不限于此。例如，放射性材料可以定位在光伏电池的中间、底部和/或沟槽状配置之间的位置。在另一实例中，放射性材料可以定位在光伏电池的至少一部分与磷光材料之间。在另一实例中，放射性材料可以在一个或多个不同的隔室中，并相对于光伏电池和/或磷光材料放置在不同的位置。放射性材料可以定位在放射性材料发射的高能粒子能够到达和/或行进通过磷光材料的位置。
放射性材料901可以发射高能粒子，如放射性衰变的产物。放射性衰变可以包括α衰变、β衰变、γ衰变和/或自发裂变。高能粒子可以是α粒子(例如，核子)、β衰变产物(例如，电子、正电子、中微子等)、γ射线和/或其组合。高能粒子可以具有高动能。高能粒子在从放射性材料发射后可以行进穿过磷光材料902并激发磷光材料(例如，吸收高能粒子的动能)。该磷光材料可以随后在时间延迟后发射光能，如可见光(例如，400-700nm)。在一些情况下，磷光材料的动能吸收速率可以快于磷光材料的光能发射速率。磷光材料可以发射电磁波谱中其他波长或波长范围的光能。如本文其他各处所述，光伏电池903可以吸收这样的磷光材料发射的光能并生成电功率。光伏电池生成的电功率可以诸如通过光伏电池的端口906释放到电负载907。在一些情况下，光子电池组装件900可以包括用于封装放射性材料901、磷光材料902和光伏电池903的外壳、壳或隔室905，诸如以容纳在正常使用期间可能逃出能量储存系统的任何辐射。隔室905可以被配置为容纳从隔室905逃出的放射性材料901发射的任何辐射。例如，光伏电池的端口906可以是从隔室905外部到隔室905内部的唯一连接。
例如，放射性材料901可以是锶-90。放射性材料的其他实例可以包括但不限于氚、铍-10、碳-14、氟-18、铝-26、氯-36、钾-40、钙-41、钴-60、锝-99、锝-99m、碘-129、碘-131、氙-135、铯-137、钆-153、铋-209、钋-210、氡-222、钍-232、铀-235、钚-238、钚-239、镅-241和锎-252。
图10显示了包含在磷光材料中的放射性材料的光子电池组装件。在一些情况下，光子电池组装件1000可以包括包含放射性材料1002的磷光材料1001。例如，代替将单独的放射性样品***光子电池组装件中(如图9)，放射性材料可以整合到磷光材料中。举例而言，可以制造含有掺杂铕的铝酸锶的磷光材料，以使锶-90分散在整个磷光材料中。
放射性材料1002可以从磷光材料1001内发射高能粒子，诸如放射性衰变的产物。高能粒子在从放射性材料发射后可以行进穿过磷光材料并激发磷光材料(例如，吸收高能粒子的动能)。该磷光材料可以随后在时间延迟后发射光能。在一些情况下，磷光材料的动能吸收速率可以快于磷光材料的光能发射速率。如本文其他各处所述，光伏电池1003可以吸收这样的磷光材料发射的光能并生成电功率。光伏电池生成的电功率可以诸如通过光伏电池的端口1005释放到电负载1006。在一些情况下，光子电池组装件1000可以包括用于封装包含放射性材料1002的磷光材料1001以及光伏电池1003的外壳、壳或隔室1004，以容纳在正常使用期间可能逃出能量储存系统的任何辐射。隔室1004可以被配置为容纳从隔室1004逃出的由磷光材料1001内的放射性材料1002发射的任何辐射。例如，光伏电池的端口1005可以是从隔室1004外部到隔室1004内部的唯一连接。
在一些情况下，在相同体积的单次充电后，包含放射性材料的光子电池组装件可以提供比包含光源的光子电池更高的能量储存容量(例如，能量密度、功率密度等)。在一些情况下，构成光子电池组装件的放射性材料的能量储存容量可以取决于光子电池组装件中的放射性材料的半衰期。例如，放射性材料在其经历放射性转化时可以为光子电池组装件提供持续的动能。在一些情况下，包含放射性材料的光子电池组装件在几乎完全消耗放射性材料后(例如，发射被忽略的动能)可以被处理掉。在一些情况下，放射性材料在几乎完全消耗后可以被替换。在一些情况下，磷光材料和/或光伏电池在几乎完全消耗放射性材料后可以被回收(例如，在其他光子电池组装件中)。在一些情况下，光子电池组装件可以包括放射性材料和光源两者，并且可以通过本文其他各处描述的方法进行再充电(例如，为光源提供电功率)。例如，即使在几乎完全消耗放射性材料之后，光子电池组装件也可以通过用电能进行再充电来使用。
图11图示了在光子电池组装件中储存能量的方法。该方法可以包括，在第一步骤1301处，从光源发射第一波长(例如，λ1)的光能。第一波长的光能可以从光源的光发射表面发射。光源可以是人造光源，诸如LED、激光或灯。光源可以是自然光源。光源可以由电源如另一能量储存设备(例如，电池、超级电容器、电容、燃料电池等)或另一电源供应器(例如，电网)供能。
在第二步骤1102处，与光源相邻的磷光材料可以吸收第一波长的光能。例如，磷光材料可以与光源的光发射表面相邻。在一些情况下，第一波长可以是紫外波长(例如，20-400nm)。
在下一步骤1103处，在时间延迟后，磷光材料可以发射第二波长(例如，λ2)的光能。在一些情况下，第一波长可以是可见波长(例如，400-700nm)。第二波长可以大于第一波长。即，第一波长的光能可以比第二波长的光能处于更高的能级。在一些情况下，磷光材料的第一波长的光能的吸收速率可以快于磷光材料的第二波长的光能的发射速率。
在下一步骤1104处，与磷光材料相邻的光伏电池可以吸收磷光材料发射的第二波长的光能。例如，光伏电池的光吸收表面可以吸收第二波长的光能。在一些情况下，光伏电池可以被定制为吸收磷光材料发射的波长或波长范围。在一些情况下，光伏电池的光吸收表面可以包括一个或多个由相应凸起界定的凹陷，以允许增加磷光材料与光伏电池之间的相接表面积。
在下一步骤1105处，光伏电池可以转换吸收的第二波长的光能并生成电功率。在一些情况下，光伏电池生成的电功率可以用于为电耦合至光伏电池的电负载供能。该电负载可以是电子设备，如移动电话、平板计算机或计算机。电负载可以是交通工具，如车辆、船、飞机或火车。电负载可以是电网。在一些情况下，光伏电池生成的至少一些电功率可以用于为光源供能，诸如当无电负载与光伏电池连接时。在一些情况下，光伏电池生成的至少一些电功率可以用于为可充电电池(例如，锂离子电池)充电，诸如当无电负载与光伏电池连接时。可充电电池可以转而用于为光源供能。有益地，在该方法中使用的光子电池组装件可以至少部分地自持，并防止能量从系统损失(例如，除了从低效的能量转换损失之外)。
图12图示了在使用放射性材料的光子电池中储存能量的方法。该方法可以包括，在第一步骤1201处，从放射性材料发射高能粒子。在一些情况下，放射性材料可以与磷光材料相邻，在该情况下高能粒子被发射或反射到磷光材料中。在一些情况下，磷光材料可以包含放射性材料，在该情况下高能粒子从磷光材料内发射。在一些情况下，放射性材料可以替代本文讨论的其他实施方式(例如，如图11所示的方法)中的光源。在一些情况下，放射性材料可以是光源的附加。放射性材料可以发射高能粒子，如放射性衰变的产物。高能粒子可以具有高动能。高能粒子可以行进穿过磷光材料。
在第二步骤1202处，磷光材料可以吸收来自高能粒子的动能。例如，磷光材料可以被高能粒子激发。在下一步骤1203处，磷光材料可以在时间延迟后发射第一波长(例如，λ1)的光能。在一些情况下，第一波长可以是可见波长(例如，400-700nm)。在一些情况下，磷光材料的动能吸收速率可以快于磷光材料的光能发射速率。
在下一步骤1204处，与磷光材料相邻的光伏电池可以吸收磷光材料发射的第一波长的光能。例如，光伏电池的光吸收表面可以吸收第一波长的光能。在一些情况下，光伏电池可以被定制为吸收磷光材料发射的波长或波长范围。在一些情况下，光伏电池的光吸收表面可以包括一个或多个由相应凸起界定的凹陷，以允许增加磷光材料与光伏电池之间的相接表面积。
在下一步骤1205处，光伏电池可以转换吸收的第一波长的光能并生成电功率。在一些情况下，光伏电池生成的电功率可以用于为电耦合至光伏电池的电负载供能。该电负载可以是电子设备，如移动电话、平板计算机或计算机。电负载可以是交通工具，例如车辆、船、飞机或火车。电负载可以是电网。在一些情况下，光伏电池生成的至少一些电功率可以被用于为可充电电池(例如，锂离子电池)充电，诸如当无电负载与光伏电池连接时。有益地，在该方法中使用的光子电池组装件可以防止能量从系统损失(例如，除了从低效的能量转换损失之外)
图13显示了计算机控制系统。本公开内容提供计算机控制系统，该计算机控制系统被编程用于实现本公开内容的方法。根据本文讨论的一些实施方式，计算机系统1301被编程或以其他方式配置用于调节光子电池组装件中的一个或多个电路系统。例如，计算机系统1301可以是控制器、微控制器或微处理器。在一些情况下，计算机系统1301可以是用户的电子设备或者是相对于该电子设备远程定位的计算机系统。电子设备可以是移动电子设备。计算机系统1301可以能够感测一个或多个电负载与光子电池组装件的连接、一个或多个可充电电池与光子电池组装件的连接、和/或光子电池组装件内光伏电池与光源的连接。计算机系统1301可以能够闭合不同的电路路径(例如，图4中的第一电气路径410等)或者以其他方式操纵光子电池组装件内或涉及光子电池组装件的不同的电路系统，诸如通过控制一个或多个开关组件(例如，图4中的开关409等)或其他电组件。计算机系统1301可以能够管理来自光子电池组装件中的每个或组合的功率的流入和/或流出，这些光子电池组装件串联地或并联地电连接，并且在一些情况下单独地或共同地与电源和/或电负载电通信。计算机系统1301可以能够计算光子电池的功率释放速率和/或电负载的功率消耗速率。例如，计算机系统可以基于这样的计算决定是否将光伏电池释放的功率引导至光源、外部电池(例如，锂离子电池)和/或电负载以及如何引导。计算机系统可以能够调整或调节光子电池的功率输入和/或功率输出的电压或电流。计算机系统1301可以能够调整和/或调节不同的组件设置。例如，计算机系统可以能够调整或调节光子电池组装件中光源发射的光的亮度、强度、颜色(例如，波长、频率等)、脉动周期或其他光学特性。例如，计算机系统可以被配置为根据光子电池中使用的磷光材料的类型来调整光源的光发射设置。
例如，计算机系统1301可以能够调节光子电池组装件的不同充电和/或放电机制。计算机系统可以打开光源与电源供应器之间的电连接以开始为光子电池组装件充电。计算机系统可以关闭光源与电源供应器之间的电连接以停止为光子电池组装件充电。计算机系统可以打开或关闭光伏电池与电负载之间的电连接。在一些情况下，计算机系统可以能够检测光子电池组装件的充电水平(或百分比)。计算机系统可以能够测定组装件何时完全充电(或几乎完全充电)或放电(或几乎完全放电)。在一些情况下，计算机系统可以能够维持一定范围的光子电池组装件的充电水平(例如，5％～95％、10％～90％等)，诸如为了维持和/或增加完全充电或完全放电可能有害地缩短的光子电池组装件的寿命。
计算机系统1301包括中央处理单元(CPU，本文也称“处理器”和“计算机处理器”)1305，其可以是单核或多核处理器，或者是用于并行处理的多个处理器。计算机系统1301还包括存储器或存储位置1310(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪存)、电子存储单元1315(例如，硬盘)、用于与一个或多个其他系统通信的通信接口1320(例如，网络适配器)以及***设备1325，诸如高速缓冲存储器、其他存储器、数据存储和/或电子显示适配器。存储器1310、存储单元1315、接口1320和***设备1325通过通信总线(实线)如主板与CPU 1305通信。存储单元1315可以是用于存储数据的数据存储单元(或数据存储库)。借助于通信接口1320，计算机系统1301可以操作地耦合至计算机网络(“网络”)1330。网络1330可以是因特网、互联网和/或外联网，或与因特网通信的内联网和/或外联网。在一些情况下，网络1330是电信和/或数据网络。网络1330可以包括一个或多个计算机服务器，该计算机服务器可以实现分布式计算，如云计算。在一些情况下，网络1330可以借助于计算机系统1301实现对等网络，这可以使与计算机系统1301耦合的设备能够充当客户端或服务器。
CPU 1305可以执行一系列机器可读指令，该机器可读指令可以体现在程序或软件中。该指令可以存储在存储器位置如存储器1310中。指令可以针对CPU 1305，该指令随后可以编程或以其他方式配置CPU1305以实现本公开内容的方法。CPU 1305执行的操作的实例可以包括提取、解码、执行和回写。
CPU 1305可以是电路如集成电路的一部分。电路可以包括系统1301的一个或多个其他组件。在一些情况下，电路是专用集成电路(ASIC)。
存储单元1315可以存储文件，如驱动程序、库和保存的程序。存储单元1315可以存储用户数据，例如用户偏好和用户程序。在一些情况下，计算机系统1301可以包括一个或多个附加数据存储单元，所述附加数据存储单元位于计算机系统1301外部，诸如位于通过内联网或因特网与计算机系统1301通信的远程服务器上。
计算机系统1301可以通过网络1330与一个或多个本地和/或远程计算机系统通信。例如，计算机系统1301可以与网络1330中的所有本地能量储存系统通信。在另一个实例中，计算机系统1301可以与单个组装件内、单个壳体内和/或单个组装件堆叠内的所有能量储存系统通信。在其他实例中，计算机系统1301可以与用户的远程计算机系统通信。远程计算机系统的实例包括个人计算机(例如，便携式PC)、平板或平板型PC(例如，iPad、
本文所述的方法可以通过存储在计算机系统1301的电子存储位置例如存储器1310或电子存储单元1315上的机器(例如，计算机处理器)可执行代码的方式来实现。机器可执行代码或机器可读代码可以以软件的形式提供。在使用期间，代码可以由处理器1305执行。在一些情况下，可以从存储单元1315检索该代码并将其存储在存储器1310上以备处理器1305迅速存取。在一些情况下，可以排除电子存储单元1315，而将机器可执行指令存储在存储器1310上。
代码可以被预编译并配置用于由具有适于执行该代码的处理器的机器使用，或者可以在运行期间被编译。代码可以以编程语言提供，可以选择这种编程语言以使该代码能够以预编译或即时编译(as-compiled)的方式执行。
本文提供的系统和方法的各个方面，如计算机系统1301，可以在编程中体现。本技术的各个方面可以被认为是“产品”或“制品”，通常以机器(或处理器)可执行代码和/或相关数据的形式出现，其一般为在一种类型的机器可读介质上携带或体现的机器(或处理器)可执行代码和/或相关联数据的形式。机器可执行代码可以存储在电子存储单元如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪存)或硬盘上。“存储”型的介质可以包括计算机的任何和全部有形存储器、处理器等，或其相关模块，诸如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等，其可以在任何时间为软件编程提供非暂时性存储。软件的全部或部分有时可通过因特网或各种其他电信网络进行通信。例如，这样的通信可以使软件能够从一台计算机或处理器加载到另一台计算机或处理器中，例如从管理服务器或主机加载到应用服务器的计算机平台中。因此，可以承载软件元素的另一类型的介质包括光波、电波和电磁波，诸如跨本地设备之间的物理接口、通过有线和光学陆线网络以及通过各种空中链路使用的。携载此类波的物理元件，如有线或无线链路、光学链路等，也可被视为承载该软件的介质。如本文所用的，除非限于非暂时性有形“存储”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”等术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。
因此，机器可读介质如计算机可执行代码可以采取多种形式，包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘，如任何计算机中的任何存储设备等，诸如可以用于实现附图中所示的数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，如这样的计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴缆线；铜线和光纤，包括组成计算机系统内总线的线。载波传输介质可以采取电信号或电磁信号或者声波或光波的形式，诸如在射频(RF)和红外(IR)数据通信过程中生成的那些。因此，计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡片纸带、任何其他具有孔洞的物理存储介质、RAM、ROM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储器芯片或匣盒、传输数据或指令的载波、传输此类载波的电缆或链路、或者计算机可以从中读取编程代码和/或数据的任何其他介质。这些计算机可读介质形式中的许多包括涉及将一个或多个指令的一个或多个序列携带至处理器以供执行。
计算机系统1301可以包括电子显示器1335或与之通信，电子显示器1335包含用于提供例如用户控制选项(例如，开始或终止充电、开始或停止为电负载供能、将功率转回自充电等)的用户界面(UI)1340。UI的实例包括但不限于图形用户界面(GUI)和基于网络的用户界面。
本公开内容的方法和系统可以通过一种或多种算法来实现。算法可以通过软件在由中央处理单元1305执行时实现。例如，算法可以基于例如感测一个或多个电负载与光子电池组装件的连接、一个或多个可充电电池与光子电池组装件的连接、和/或光子电池组装件内光伏电池与光源的连接来改变光子电池组装件或光子电池组装件的堆叠的电路系统。算法可以能够闭合光子电池组装件内或涉及光子电池组装件的不同的电路路径(例如，图4中的第一电气路径410等)，诸如通过控制或引导一个或多个开关组件(例如，图4中的开关409等)或其他电组件。算法可以能够管理来自光子电池组装件中的每个或组合的功率的流入和/或流出，这些光子电池组装件串联地或并联地电连接，并且在一些情况下单独地或共同地与电源和/或电负载电通信。
虽然本文已经示出和描述了本发明的优选实施方式，但对于本领域技术人员而言将会显而易见的是，这些实施方式仅以示例的方式提供。说明书中提供的具体实例并非旨在限制本发明。虽然已经参考前述说明书描述了本发明，但对本文实施实施方案的描述和说明并不意味着以限制性的意义进行解释。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现将想到多种变化、改变和替换。此外，应当理解，本发明的所有方面不限于本文阐述的具体描述、配置或相对比例，其依赖于各种条件和变量。应当理解，本文所述的本发明实施方式的各种替代方案可用于实施本发明。因此，本发明还应考虑涵盖任何此类替代、修改、变化或等同物。以下权利要求旨在限定本发明的范围，并由此涵盖这些权利要求的范围内的方法和结构及其等同物。